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虚拟现实在地理教学应用的可行性

2021-07-16 23:39:43学前论文 64人已围观

免费预览:虚拟现实在地理教学应用的可行性

摘要

  虚拟现实可以通过软件和硬件结合,充分利用听觉、触觉、嗅觉和视觉等感官,创造出逼近现实的 3D 环境。地理教学的研究对象具有时空多维性而且难以亲身经历,而且概念抽象,不易理解。虚拟现实的可接触性、可复制性和想象性可以充分应用到地理教学中。本文将地理教学的特色和虚拟现实技术的特征相结合,从而分析了虚拟现实在地理教学的应用和可行性。
【关键词】虚拟现实 地理教学 可行性分析


  Virtual Reality,也就是最近比较火热的虚拟现实,简称 VR,是新一代的人机交互的应用,可以充分利用计算机图形学,计算法仿真,以及 3D 建模以及传感器充分模拟现实世界, 可以让人在带上 VR 眼镜后,处于一个完全隔离的空间,是通过以上的四种技术模拟出来的3D 空间,让人可以完全处于一个完全不同,但是逼近显示的一项技术。例如:淘宝最近可能会推出的“Buy+”的购物模式,是一种人可以带上虚拟现实的眼睛,然后体验在家里就可以完成在大型购物广场的购物体验,同时也充分发挥网上购物的便利性体验,这对于很多爱好购物的人是是一个非常惊奇的应用和体验。对于这条前沿技术应用到实际的新闻,可以让作为教育者的我们看到,如果将虚拟现实应用到地理教学中,将会有什么样的效果呢?
对于这个问题,首先需要分析地理教学的特色以及面临的挑战。

地理教学的特色

  地理学是一门研究人类赖以生存和发展的地理环境以及人类与地理环境关系的科学。中学地理的学习,除了需要认识和记住一些必要的地理事物的名称 、 数据和分布外,理解地理事物和现象的空间分布、联系以及相互作用的规律性 ,是地理教学的目标所指[1]。因此, 中学地理课堂教学需要对学生注重以下方面的培养,同时在这些能力的培养上存在以下的困难:
  (1)培养学生空间的思维能力。地理学研究都得许多对象都具有一定的三维特征,同时 还具有在不同时间以及不同地点的特征,比如地貌,气候等。在初中地理教学中通常在初一 会接触到令人头疼的有关地球气候变化以及公转、自转以及经纬线分布和气候关系的联系时, 刚开始从小学转入到这种知识的认知和理解上机会存在很大的困难,甚至很多教学都只是评 价多年的教学经验,在大脑形成的惯性思维,对于具体的却不是很清楚。虽然现在很多中学 都已经有了传统的多媒体设备,通过电脑和投影仪,可以投放相关的视频教学题材,帮助同 学们理解,但是依然不够形象生动。如果让学生能够身临奇境的感受这些实体特征,必然会

提升学生学习的兴趣。
  (2)培养学生的感知事物的能力。在地理教学中,会介绍到很多关于地质地貌的知识, 比如盆地,平原等,但是这都不是可以随时随地接触到,同样现在互联网的发展,在实际教学中,同样可以接触到这样的视频题材,但是让学生实实在在的接触事物,相比观看后,脑子立马就过眼云烟效果好得很多。比单纯的记忆,亲身体会,恰恰让学生可以体会到“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”的顿悟感。
  (3) 培养学生的转化思维能力。对于很多概念性东西,学生在理解的时候会觉得很抽象, 比如对于北极和南极上空看待地球自转方向的问题,单单记忆是不够的,甚至很多时候仅仅只是应付考试,来记忆,并不能起到教学的目的。在地理教学,这种转化是非常多的,知识的抽象,让学生理解的难度大大上升,如果能够在虚拟的环境中,学生可以随意“玩转地球”, 是不是这种理解就会变得容易。
  因此在地理教学中,如果可以对当时介绍的地理环境或者地理知识能够有很好的模拟和呈现,这对于学生的空间思维、感知思维以及转化思维都能有很好的提高。但是实际上, 在现实教学中,经常会遇到实验设备、实验场地、教学经费等的限制,致使一些必要的教学环节或实验活动无法开展。 如在讲述地球表层时,拟地理环境可以虚拟大气圈、岩石圈、水圈、生物圈各圈层并形象地展示各个圈层之间相互作用所构成的复杂系统。 使学生得以摆脱课本说教的冷漠感,寓教于乐

虚拟现实的特点

  虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向,是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合,是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术(VR)丰要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设各等方面[2]。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的 VR 应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外,还有听觉、触觉、力觉、运动等感知,甚至还包括嗅觉和味觉等,也称为多感知。自然技能是指人的头部转动,眼睛、手势、或其他人体行为动作,由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据,并对用户的输入做出实时响应,并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。在这些技术的综合利用和开发下,可以模拟出十分逼近显示的环境,而使用者仅仅只需要带上一个眼镜或者头盔一样的东西,就可以进入到一个完全不同的环境。
因此,虚拟现实具有如下的特点:
  (1) 对现实环境的可复制性。首先对于一个 3D 环境的创造,这个对于现在的技术而言, 已经是触手可及了,你可以在家,一台支持 3D 的电视,然后带上一个几十块钱的 3D 的眼睛,就可以看到不仅仅是二维平面的事物,而是具有深度的 3D 空间。在电影桥段中,经常可以看见逼近真实环境和事物的,通过计算机模拟出来的环境。因此,对于技术开发人员来

说,创造一个虚拟的世界,是完全可行的,在阿凡达这部电影中,通过 3D 技术和计算机图形学等技术,创造了一个十分逼真的三维空间下的星球。所以,如果做一个关于地理教学中, 可能接触到的地质地貌、地理环境的虚拟现实的系统,让学生可以接触到这么一个环境,其达到的教学效果是可观的。
  (2) 随时随地的可触及性。一套虚拟现实的设备非常的简单,一台分辨率比较高的显示屏,一台具有调用身体器官、触觉的 VR 头盔,当时这是技术的核心,一套模拟环境的系统, 就可以在固定地点,接触到所有你想要接触到的事物。这样的可触及性,打破了空间、时间对地理教学的限制性,学生可以直观的了解天体的运动,大陆的漂移等抽象的知识点。
  (3) 充分发挥学生的想象性。想象力不是天马星空而是根据已有的现实信息,调动思维, 做出一个富有创造力的方案。在中学的地理教学中,需要学生根据当前的地理地形,设计一些可行的方案,是人文地理教学的重要内容。仅仅通过文字内容获取的地理信息,不能很好的让学生思考,调动想象和创造力,设计出一个很好的方案。实际的调查、调研,也是当代学生需要的能力,因此在教学中,将虚拟现实中加入进去,让学习在体验虚拟现实的快乐的同时,积极激发学生的想象力,去实实在在的利用已经获得的信息和学习的知识,更或者是学习更加全面的知识,去做一个很好的方案出来,学习和快乐很好的接触在一起,这样更加符合当前倡导的素质教育的要求。

虚拟现实在地理教学应用的可行性

  对于虚拟现实在地理教学应用的可行性分析,需要从经济条件,系统的开发难度以及教师对于新技术的接触程度上分析[3]。此外,对于虚拟现实在地理教学的理论的可行性分析以及实践都是可行性分析的重要支点。
  认知主义学习理论认为:为学生提供一种对自身进行认知加工的特定情境和特殊工程, 从而在促进学生认知结构的行程中推进学生的认知发展[4]。而在实际教学中,为学生提供不同的环境和设备进行验证和实验,这对于教育的投入经费要求是很大的,很多学校都不具备相应的条件。而虚拟现实与教学相结合的虚拟教学,可以加深学生对具体理论和情景的理解, 使得学生的知识和实际能够很好的完成同化,建立起属于自己的认知系统,促进学习能力的发展。
  此外建构主义学习理论更好地论证了虚拟现实在地理教学的可行性。建构主义认为,知识的建构来自于个人体验,教学是使得学习者能够利用环境提供的丰富工具和资源,建立自己的惹事和理解的过程[4]。学生通过虚拟现实,通过在虚拟现实中获得的经验以及在实际过程中个实实在在的体会到书本上出现的知识以及利用知识理解环境的事物,这对于学生的知识系统的
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